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发电厂自动装置,肖志怀,第2章 自动并列控制,本章主要内容： 发电机组的并列方式 同期点选择和同期电压的引入 同期并列的基本原理 数字式自动准同期装置,正常情况下，电力系统的发电机是并列运行的，即电力系统内部的发电机均以同步转速旋转，且各发电机转子之间的相角差不超过允许的极限值，发电机出口折算电压近似相等第2章 发电机组的自动并列,,2.1 发电机组的并列方式,2.1.1 同期的意义同步发电机乃至各个电力系统联合起来并列运行，可以带来很大的经济效益一方面，可提高供电的可靠性和电能质量；另一方面，可使负荷分配更加合理，减少系统的备用容量并充分利用各种动力资源，达到经济运行的目的2.1.2 发电机组同期方式在电力系统中，同期并列方式分为准同期并列和自同期并列两种准同期方式：将发电机组调整到符合并网条件后，再发出断路器的合闸命令具体步骤是：1、通过调速器调节发电机组转速，使其接近同步转速；2、通过励磁装置调节发电机组励磁电流，使发电机组端电压接近系统 电压；3、频率差和电压幅值差都满足给定条件时，选择在零相角差到来前的合适时刻合上断路器用准同期方式时应避免非同期并列，否则可能使发电机遭到破坏。

第2章 发电机组的自动并列,,2.1 发电机组的并列方式,自同期并列： 将未加励磁电流的发电机组的转速升到接近额定转速，再闭合断路器，然后立即合上励磁开关供给励磁电流，在发电机电势逐渐增长的过程中由系统将发电机组拉入同步运行 用自同期方式投入发电机时，由于未励磁发电机相当于异步电动机，因此合闸时后会出现短时间的电流冲击，并使系统电压下降冲击电流引起的电动力可能对定子绕组绝缘和定子绕组端部产生不良影响，同时冲击电磁力矩也将使机组大轴产生扭矩，并引起振动两种同期方式具有各自的优缺点系统在正常运行情况下，一般采用准同期并列方式将发电机组投入运行；自同期并列方式操作简单，速度快，在系统发生故障、频率波动较大时，发电机组仍能并列操作并迅速投入电网运行，可避免故障扩大，有利于处理系统事故，只有当系统发生故障时，为了迅速投入发电机组才采用，应用此方式时要求发电机定子绕组的绝缘及端部固定情况应良好，端部接头应无不良现象第2章 发电机组的自动并列,,2.2 同期点选择和同期电压的引入列方式,同期点：用于同期并列的断路器 同期点选择原则：如果一个断路器断开后，两侧都有电源且不同步时，即两侧电压幅值、频率或相位不同时，则这个断路器就应该是同期点。

2.2.1 同期点的选择在发电厂中，发电机出口断路器和发电机-双绕组变压器组的高压侧断路器都是操作比较频繁的，所以他们都应该是同期点作为升压双绕组变压器一般应有一侧断路器作为同期点，当只在低压侧断路器设置同期点，合闸时要保证高压侧先投入三绕组变压器或自耦变压器与电源连接的各侧断路器均应作为同期点，这些同期点将不同电压等级的系统连接起来，因此当任一侧断路器因故断开后，便可用此断路器进行并列操作而恢复运行在某些主接线上，如果有一侧为多角形接线的联络变压器，则变压器两侧均设为同期点单元接线的变压器各侧断路器高压侧以及与发电机直接连接的变压器低压侧断路器，其同期方式应与发电机断路器的同期方式相同第2章 发电机组的自动并列,,2.2 同期点选择和同期电压的引入列方式,2.2.1 同期点的选择接在单母线上的线路断路器均应设为同期点；各级6~10kV母线分段断路器均考虑作为同期点，以提高母线倒换操作的可靠性35kV线路断路器可作为同期点，但必须路断路器外侧装一个单相式互感器110kV及以上的接在双母线上或接在带有旁路母线上的线路的断路器均设为同期点，同时分段断路器、母联断路器和旁路断路器也作为同期点，以增加并列操作的灵活性。

330kV及以上系统，为了运行操作方便，全部断路器均应设为同期点多角形接线和外桥形接线中，与线路相关的两个断路器均设为同期点一个半断路器接线的运行方式变化较多，一般断路器均设为同期点第2章 发电机组的自动并列,,2.2 同期点选择和同期电压的引入列方式,2.2.1 同期点的选择 如图展示了发电厂同期点 选择的一般规律 1：手动准同期， 2：自动准同期第2章 发电机组的自动并列,,2.2 同期点选择和同期电压的引入列方式,2.2.2 同期电压的引入用来取得同期电压的互感器一般安装在不同的地方，有的安装在发电机出口侧，有的安装在升高变压器高电压侧，且互感器本身也有各种不同的接线，升压变压器也可能采用Y-d11等两侧相位不同的接线方式，有时因继电保护的需要，互感器的接地方式也需要做出改变因此可能出现这种情况，即从互感器二次绕组取得而引入同期装置的电压相位，与同期点两侧待并发电机和系统的实际电压相位不符，这样就可能造成非同期合闸为了避免这种情况，必须保证从互感器取得的电压相位与同期点两侧的实际电压相位相符因此，在取得同期电压时，应根据同期点两侧电压的相序及相位，电压互感器的接线方式及接地情况进行选取。

第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,2.3.1 同期条件分析,,,,,第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,允许断路器并列的理想条件为: （1）电压幅值相等； （2）电压角频率相等 ； （3）合闸瞬间的相角差为零 下面分别讨论准同期需要满足的三个条件对同期并列的影响 （1）电压幅值差,,,为发电机次暂态电抗,为电力系统等值电抗,第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,无论哪种情况，冲击电流 均滞后于电压差 90°，为无功电流分量，因此，主要考虑产生的电动力对发电机绕组的影响电动力较大时，有可能引起发电机绕组的端部变形冲击电流最大的瞬时值为一般冲击电流不允许超过机端短路电流的1/10～1/20，因此根据式（2.4）可得，电压差值不应超过 5%～ 10%的额定电压值第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,（2）相角差,,,冲击电流的有效值,,冲击电流最大值,有功功率冲击会使机组的联轴器受到突然冲击，这对机组转子轴系运行非常有害，为了保证机组的安全运行，应将冲击电流限制在较小数值若要求冲击电流不超过出口三相短路电流的10%，则从式（2.7）中得 =5.73°实际准同期在并列时一般要求不超过10°,,第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,（2）频率差,,,,,实际上断路器在合闸瞬间，待并发电机与系统的电压，可能既存在幅值差，又存在相位差，频率也可能不同。

因此，并网时，总的冲击电流应该是上述三种情况的综合由以上的分析可以看出，在同期并列点两侧频率不相等时，并列合闸时的相角差与合闸命令的发出时刻有关如果发出合闸命令的时刻不恰当，则可能出现较大相角差的情况下合闸，从而引起较大的冲击电流但是在较小相角差合闸时，如果频率差较大，频率高的一方在合闸瞬间会将多余的动能传递给频率低的一方，当传递能量过大时，发电机组需要经过一个暂态过程才能拉入同步运行，严重时甚至导致失步第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,2.3.2 准同期基本原理将发电机并入系统时应遵循如下两个原则：(l) 出口断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬间最大值一般不超过1~2倍定子额定电流2) 发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,2.3.2 准同期基本原理1．脉动电压在进行准同期并列时，根据待并发电机和系统电压来判断和调节，并在合适的时间发出合闸脉冲如果发电机和系统电压幅值相等、初始相角相等，则在合闸瞬间，在断路器两侧的压降如式（2.8）所示可见，断路器两端电压是一个脉动电压，波形如图2.13所示。

第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,2.3.2 准同期基本原理1．脉动电压如果并列断路器两侧的电压幅值或相位不相等，从图2.10、图2.11可知，应用三角公式可求得 的有效值为,,,,,,,脉动电压波形包含有准同期并列所需的信息：电压幅值差、频率差及相角差随时间的变化规律对应于脉动电压的最小幅值,,第2章 发电机组的自动并列,,2.3 同期并列的基本原理,2.3.2 准同期基本原理1．整步电压 如果将脉动电压经过整流并滤波后，则可以获得脉振电压的半包络线 正弦整步电压具有以下的特点： 1、正弦整步电压周期与频差绝对值成反比，反映频差大小； 2、整步电压的最低点反映压差大小； 3、 =0°，整步电压出现最小值， =180°，整步电压出现最大 值第2章 发电机组的自动并列,,2.4 数字式自动准同期装置,2.4.1 组成,,,,,,,,,,第2章 发电机组的自动并列,,2.4 数字式自动准同期装置,2.4.1 组成,,,,,,,,,,,第2章 发电机组的自动并列,,2.4 数字式自动准同期装置,2.4.2 工作原理 （1）频差检测 1、利用相角差来得到频差的值2、采用直接测量两并列电压频率的方法,,,,,,,,,,,,第2章 发电机组的自动并列,,2.4 数字式自动准同期装置,2.4.2 工作原理 （2）相角检测,,,,,,,,,,,,,,2.4.2 工作原理,,,,,,,,,,,,,,第3章 发电机励磁系统,发电机励磁控制系统的任务和基本要求 发电机励磁系统的主要型式 励磁系统中的整流电路 励磁调节器工作原理 励磁控制系统调节特性和并联机组间的无功分配 灭磁及过电压保护,3.1 发电机励磁控制系统的任务,1、调节电压,,,3.1 发电机励磁控制系统的任务,1、调节电压,,,3.1 发电机励磁控制系统的任务,2. 控制无功功率的合理分配,,,,3.1 发电机励磁控制系统的任务,2. 控制无功功率的合理分配,,,,,,,,3.1 发电机励磁控制系统的任务,3. 提高电力系统运行稳定性,,,,,,,,,3.1 发电机励磁控制系统的任务,3. 提高电力系统运行稳定性 （1）对静态稳定的影响X∑—系统总电抗，一般为发电机、变压器和输电线路电抗之和。

励磁调节系统的基本要求,1、对励磁调节器的要求 （1）自动电压调节器应保证能在发电机空载额定电压的70%～110%范围内进行稳定、平滑地调节 （2）励磁调节器应能合理分配机组间的无功功率，励磁调节器应保证同步发电机端电压调差率的整定范围不小于±15% （3）励磁调节器应能迅速反映系统故障，具备强行励磁、快速灭磁等功能，以提高系统的暂态稳定、改善系统的运行条件以及保障发电机的安全 （4）对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行，要求励磁调节器应无失灵区 （5）装置结构简单、可靠，反应速度快，运行维护方便励磁调节系统的基本要求,2. 对励磁功率单元的要求 （1）励磁功率单元应有足够的调节容量，以适应各种运行工况的要求当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的1.1倍时，励磁系统应保证能连续运行 （2）励磁功率单元应具有足够励磁顶值电压励磁系统顶值电压：指在规定条件下，励磁系统能够提供的最大直流电压励磁系统顶值电压与额定励磁电压之比称为顶值电压倍数（强励倍数）50MW及以上发电机一般不低于2；其他一般不低于1.6；励磁系统允许强励时间应不小于10s （3）励磁功率单元应具有足够的励磁响应速度,,,,,,,,,,,励磁调节系统的基本要求,,,,,,,,,,,,励磁调节系统的基本要求,励磁控制系统动态指标 (1) 励磁控制系统的超调量和调节时间发电机在空载额定工况下，突然改变电压给定值，使同步发电机端电压初始值由U01变为U02，初始阶跃量︱U02—U01︱=10%初始值。

发电机端电压的最大值与稳态值之差与阶跃量之比的百分数为超调量从阶跃信号开始到发电机端电压与新的稳态值的差值对阶跃量之比不超过2%时，所需时间为调节时间空载额定电压情况下，当电压给定阶跃响应为±10%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%摆动次数不超过3次，调节时间不超过10s (2) 励磁控制系统零起升压时的超调量和调节时间 发电机在额定转速下，突然投入励磁系统，使同步发电机端电压从零变为额定值时，发电机端电压的最大值与稳态值之差对稳态值之比的百分数为零起升压时的超调量，从给定信号到发电机端电压与稳态值之差值不超过稳态值的2%所需时间为调节时间对静止励磁系统的调节时间（ts）的起点，从发电机端电压稳态值的30%计算起 当同步发电机突然零起升压时，自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定值的15%，调节时间应不大于10s，电压摆动次数不大于3次。